FÍSICA Y QUÍMICA ÚTIL EN PREGUNTAS ABIERTAS: UNA EXPERIENCIA EN EL AULA

 

En este trabajo muestra una experiencia realizada en un aula con alumnos de 2° y 3° de BUP, en la asignatura de Física y Química, a lo largo de los tres últimos cursos. Con ella los autores pretenden acercar los métodos y contenidos de esta materia a la realidad cotidiana del alumnado, propiciando la realización de medidas cuantitativas de cuestiones cercanas a la vida del alumno.

 

1. El problema

 

Uno de los principales problemas que se nos plantea a la hora de transmitir los contenidos en la materia de Física y Química es, sin duda, la falta de motivación del alumnado hacia la misma.

Partiendo de un punto de vista egocéntrico nos hemos planteado preguntar ¿Cómo es posible que a alguien no le guste conocer su entorno?

Si analizamos las aficiones de los alumnos, estos están motivados por deportes como el fútbol o el baloncesto, la música, los ordenadores, la fotografía, los coches,...

Todas estas aficiones se pueden analizar y enriquecer desde el punto de vista de la Física y de la Química. Sin embargo, ellos no ven la relación entre los contenidos que impartimos en clase y la realidad cotidiana que les rodea. Existe una desconexión entre la materia y la realidad: creen que los contenidos de la materia no les resultan útiles para su vida cotidiana.

Ante esto, la pregunta que nos planteamos fue: ¿Cómo podemos hacer que la asignatura de Física y Química sea un conjunto de conocimientos útiles y estimulantes, sin perder rigor?

 

2. Génesis de la idea

 

La búsqueda de la conexión "asignatura ‑ mundo real" nos condujo a analizar el método propio de la materia y el uso que de los conocimientos científicos hacemos todos en la vida cotidiana, y que habitualmente denominamos "sentido común". Cada área del conocimiento por cuestiones epistemológicas, presenta un estilo, un método propio a la hora de ser transmitida. En el caso de la materia de Física y Química, este método podemos resumirlo atendiendo a los siguientes puntos:

 

I. Observación de un fenómeno.

 

2. Planteamiento de un problema.

 

3. Formulación de hipótesis.

 

4. Experimentación, que puede ser real (prácticas de laboratorio), o ficticias (experimentos mentales o de cátedra).

 

5. Establecimiento de leyes o teorías.

 

6. Resolución de problemas académicos.

 

Y con esto, habitualmente, se cierra el círculo. A este método podemos denominarlo "Método Científico Restringido".

Por otro lado, cualquier persona, a lo largo del día, hace uso de un sinfín de conocimientos científicos (previsiones meteorológicas, cálculo de momentos de inercia al mover el carro de la compra, estimaciones de masas al trasladar un objeto, análisis de distancias y velocidades al cruzar una calle, etc.). Todo esto se realiza sin ser conscientes de ello. Esto es lo que comúnmente se conoce como sentido común.

Nos planteamos que la búsqueda de la conexión entre la asignatura y la realidad pasa por provocar que los alumnos utilicen sus conocimientos. Para ello buscamos la cuantificación de la realidad que nos rodea. Pretendemos que hagan uso de los conocimientos del área en hechos de la vida cotidiana, en lo que podríamos llamar "Método Científico Aplicado". Es decir, llevando a la práctica el método científico restringido y complementándolo.

Esto se desarrolló de la siguiente manera: planteando a nuestros alumnos una serie de "Preguntas Abiertos"; referidas a hechos cotidianos, en las que ellos debían buscar la manera de expresar de forma cuantitativa medidas que anteriormente sólo estimaban de forma aproximada. Un ejemplo de pregunta abierta sería: calcula la fuerza aplicada en el lanzamiento de un balón.

 

3. Cómo: concreción en el aula

 

Con el fin de conseguir el objetivo propuesto, conectar los contenidos de la asignatura y el sentido común, se hizo entrega a los alumnos de un guión (ver apéndice), en el que se marcaban las pautas de trabajo y una serie de "Preguntas abiertos".

Este guión de trabajo comienza haciéndoles reflexionar sobre dos aspectos: Que existe una relación entre hechos cotidianos y Ciencia, y


que no es necesario disponer de grandes medios para realizar una investigación (Hecho que queda ilustrado con el ejemplo de Eratóstenes, que consiguió medir el radio de la Tierra con la única ayuda de un bastón).

Una vez entregado el guión se formaron grupos de 3 ó 4 personas que eligieron un tema o pregunta abierta entre las que mejor se adaptaran a sus gustos, intereses, curiosidad intelectual, etc. Se les dio un plazo aproximado de un mes y medio para elaborar la respuesta. Para poder realizar un seguimiento del trabajo, al cabo de las primeras tres semanas se les pidió que entregasen un borrador. Este momento se aprovechó para resolver las posibles dudas y enfocar el desarrollo subsiguiente. Normalmente los trabajos se presentaron en un formato tipo dossier, aunque algunos grupos optaron por otras alternativas (posters, transparencias o exposición oral).

 

4. Ejemplos

 

A modo de ejemplo de los trabajos realizados, expondremos tres de ellos, que consideramos interesantes por distintos motivos:

 

EJEMPLO 1:

 

Un grupo de alumnos se planteó hallar el coste en pesetas de una ducha de agua caliente. El proceso que siguieron fue:

 

I. Determinar la temperatura ideal para el baño; 2. Medir la temperatura del agua fría del grifo; 3. Medir la cantidad de agua gastada en una ducha; 4. Calcular la cantidad de calor (energía) necesario para elevar la temperatura del agua fría; 5. Traducir el coste de esa energía a pesetas.

 

El resultado obtenido fue sorprendente para ellos, ya que llegaron a la conclusión de que una ducha cuesta aproximadamente 28 ptas.

De este trabajo destacamos la importancia que los alumnos dieron al proceso de medir diferentes magnitudes. Y además, a la cuantificación que ellos dieron a un proceso tan habitual en sus vidas.

 

EJEMPLO 2:

 

Otro grupo se planteó medir por un método indirecto la altura de un edificio (que conocían de antemano). Para hacerlo lanzaron un objeto desde lo alto del edificio y midieron el tiempo que tardaba en llegar al suelo. A la hora de llevar a cabo la experiencia se encontraron con un problema: no obtenían los mismos resultados al medir el tiempo situados en lo alto del edificio o al hacerlo desde el suelo.

En las conclusiones de este trabajo, los alumnos valoraron especialmente el método experimental y las fuentes de error.

 

EJEMPLO 3:

 

El tercer ejemplo que reseñamos muestra como mediante una pregunta abierta, los alumnos fueron capaces de adquirir conciencia acerca del valor de una magnitud. Este grupo se planteó averiguar cuánto pesaba un mol de granos de arroz. El resultado obtenido fue de 1,36$1019 kg. Este resultado lo compararon con la producción mundial de 1990, vieron que durante ese año "sólo" se produjeron 3,25$ 10‑8 moles de arroz en todo el mundo.

Fueron capaces de adquirir conciencia cuantitativa de una magnitud tan grande como el número de Avogadro, y de valorar en su justa medida los términos exponenciales.

 

5. Resumen de objetivos

 

La consecución de los objetivos planteados se ha analizado atendiendo a tres aspectos:

 

A. Contenidos procedimentales:

 

1. Desde el punto de vista de los procedimientos valoramos muy positivamente la adquisición de soltura en el manejo de instrumentos (cronómetros, termómetros, cintas métricas, etc.).

 

2. También se valora de forma positiva el manejo de las diferentes técnicas experimentales, así como la presentación de los datos (cálculo de errores, elaboración  de  tablas  de  datos,  representaciones  gráficas,...).

B. Contenidos actitudinales:

 

1. A partir de las experiencias realizadas, los alumnos consiguieron tener una visión crítica de estimaciones cualitativas. Debido a que fueron capaces de cuantificar términos como: mucho, poco, algo, etc. Es sin duda el aspecto que nos merece una valoración más positiva

 

2. También destacamos como un hecho importante la valoración crítica que los alumnos hacen de los experimentos y de los resultados obtenidos por otras personas, ya sean sus propios compañeros o científicos de renombre.

 

C. Conceptos:

 

Desde el punto de vista conceptual, observamos que se ha producido un afianzamiento de los conceptos utilizados en la elaboración de los trabajos. Hecho que ha significado una ayuda importante a la hora de entender y manejar estos y otros conceptos de la asignatura.

 

 

 

 

 

6. Apéndice Guión entregado al alumnado.

 

 

PREGUNTAS ABIERTAS. FÍSICA Y QUÍMICA ÚTIL.

 

El pensamiento lógico puro no puede brindarnos ningún conocimiento del mundo empírico; todo conocimiento de la realidad empieza en la experiencia y termina en ella Galileo comprendió esto, y particularmente se lo hizo comprender al mundo científico; por ello, es el padre de la Física

moderna y, en verdad, de toda la ciencia moderna.

 

          A. EINSTEIN

Sin medido no hay ciencia.

LORD KELVIN

 

 

I. Introducción

 

En el siglo III antes de Cristo, el griego Eratóstenes de Cirene estimó el perímetro de la Tierra utilizando un bastón. Midió la distancia entre dos puntos de la superfcie del planeta en los cuales situó el bastón y observó la sombra que proyectaba. Dedujo que la diferencia en la longitud de las sombras era debida a la variación en el ángulo de incidencia de los rayos solares entre dichos puntos. Esto sólo podía ser debido a que la Tierra es esférica. Midiendo la diferencia entre los ángulos de incidencia de dos puntos y sabiendo la distancia que los separa es posible conocer la sección de arco entre dichos puntos y, por tanto, el perímetro y el radio de nuestro planeta. Cometió un error del orden de los 800 km.

 

Parece que con pocos medios y algo de imaginación es posible estudiar la Naturaleza. De cualquier manera, no todos tenemos interés por conocer el radio de nuestro planeta, sin embargo, es posible que no seamos consciente que todos a lo largo de un día realizamos un sinfín de cálculos y estimaciones. Es precisamente esta habilidad -el conocimiento de las leyes que rigen el mundo- lo que nos permite sobrevivir y obtener el mejor rendimiento de nuestros recursos. En nuestra vida cotidiana estimamos la masa -peso- de los objetos que manipulamos, de un modo automático, calculamos los centros de gravedad, identifcamos los volúmenes y las densidades, determinamos las distancias que nos separan de los objetos, ......

 

Si nos paramos a pensar un poco nos daremos cuenta que un adecuado conocimiento de las leyes que rigen el comportamiento de la Naturaleza nos permitiría mejorar nuestra relación con el entorno. ¿Cuánto tiempo vamos a tardar en llegar al fnal del viaje?, ¿cuánta gasolina consume este coche?, ¿cuánto me cuesta el agua caliente de la ducha? ..... Son, junto con muchas otras, preguntas cuyas respuestas quisiéramos saber .....

 

 

I I. Objetivos

 

Se pretende que el alumnado realice -en grupo o individualmente- una serie de trabajos prácticos, que conlleven una serie de estimaciones y medidas, relativos a fenómenos de la vida cotidiana y relacionados con los conocimientos adquiridos en la asignatura. A lo largo del curso se plantearan un serie de preguntas abiertas que invitan a desarrollar de modo práctico los conceptos vistos en la asignatura. El objetivo de un pregunta abierta es motivar y desarrollar en el alumnado una sensación de utilidad de los conocimientos que la asignatura de Física y Química muestra en clase.

 

Las preguntas no ofrecerán mucha información. Para contestar estas preguntas será necesario:

 

I. Consultar diferentes libros; 2. Usar los conocimientos teóricos vistos en distintos temas; 3. Hacer, si procede, planteamientos experimentales que confirmen nuestras hipótesis; 4. Tomar datos numéricos de diferentes magnitudes; S. Hacer estimaciones sobre hechos habituales en la vida cotidiana, diseñando métodos y estrategias, que nos permitan aproximarnos al valor de la medida considerada.

 

III. Guión

 

Las respuestas se mostrarán atendiendo a los siguientes puntos:

 

I. Introducción: En este apartado se valorarán los siguientes puntos:

 

a) Apoyo en bases teóricas.

 

b) Determinación de la interpretación que se hizo sobre la pregunta planteada.

 

c) Planteamiento de hipótesis asumidas y justificación de éstas.

 

d) justificación de las estimaciones y las aproximaciones realizadas,

 

e) Planteamiento experimental a seguir.

 

2. Resultados experimentales. Se mostrarán los datos de la forma más adecuada (unidades adecuadas, tablas, gráficas, cálculo de errores,)

 

3. Respuesta. Donde se den de forma concisa el o los resultados obtenidos.

 

4. Crítica y conclusiones.

 

a) justificación de los resultados obtenidos, b) Comparación de los resultados con datos de libros, revistas, u otras fuentes ...., c) Análisis sobre las posibles mejoras del procedimiento seguido, d) Planteamiento de procedimietos experimentales alternativos, si procede, que permitan comprobar las hipótesis, las estimaciones y la validez de los datos experimentales, ....

 

5. Bibliografía.

 

IV. Propuestas

 

Entre todas las posibles cuestiones que nos podemos plantear nos permitimos sugerir, a modo de orientación, los siguientes temas, en donde podemos concretar diferentes preguntas en función de nuestra curiosidad. A modo de ejemplo, uno de los temas propuestos es "cálculo de las calorías invertidas en la cocción de diferentes recetas". Tomando como base este tema podemos plantearnos las siguientes cuestiones: ¿Cuántas calorías son necesarias para cocinar un potaje?, ¿Cuál es el coste en pesetas de cocinar un cocido?, ¡Qué cantidad de combustible es necesaria para la cocción de una paella? .......

 

CINEMÁTICA.

 

- Medida de la velocidad de un coche (desde el interior y desde fuera). Relación entre la velocidad angular de las ruedas del vehículo y su velocidad lineal. Análisis sobre la precisión del tacómetro del coche.

 

- Medida de la velocidad media de diferentes objetos lanzados por una persona (balón de fútbol, pelota de tenis,)

 

- Cálculo de la velocidad de una bicicleta en función de la frecuencia de pedaleo. Relación entre la velocidad angular de las ruedas y la velocidad lineal de la bicicleta..

 

- Medida de la velocidad de carrera (y andando) de una persona.

 

- Cálculo de la velocidad angular de un tocadiscos. Relación entre dicha velocidad y la velocidad lineal en diferentes puntos del disco, ......

 

- Medida de la altura-profundidad de un pozo, edificio, acantilado, ....

 

- Cálculo de la aceleración media-máxima de distintos modelos de coches.

 

DINÁMICA.

 

-          Medida de la fuerza realizada por una persona en diferentes situaciones (empujando, lanzando objetos, ....)

-           Medida de la fuerza realizada por diferentes máquinas (coches, motos, ascensores,    )

 

- Estimación del desgaste de los neumáticos de un vehículo: número de vueltas, kilómetros recorridos, precio por km.

 

TRABAJO, POTENCIA Y ENERGÍA

 

- Estimación del trabajo realizado por diferentes máquinas en un tiempo determinado.

 

ENERGÍA, CALOR, TRABAJO Y TEMPERATURA TERMODINÁMICA.

 

- Cálculo de la temperatura de diferentes lugares -mapa termométrico- (habitación, vivienda, patio instituto,         )

 

- Cálculo de las calorías invertidas en la cocción de diferentes recetas.

 

- Cálculo de las calorías-trabajo invertidas en diferentes procesos humanos (subida de una persona andando a un edificio, de un ciclista a un puerto de montaña, del trabajo de mover pesas en un gimnasio,...)

 

- Cálculo de las calorías-trabajo invertidas en diferentes procesos (trabajo realizado por un coche, por un ascensor, para evaporar-potabilizar agua,... )

 

- Cálculo del precio de calentar el agua de la ducha.

 

FENÓMENOS ONDULATORIOS. ÓPTICA.

 

- Cálculo de la velocidad del sonido.

 

- Cálculo de la distancia focal (dioptrías) de gafas, lupas, ....

- Cálculo del ángulo límite de vidrios de ventanas, del agua de una piscina, ....

HIDROSTÁTICA

 

- Cálculo de la presión que ejercen distintos objetos tales como un alfiler, una tacha, un zapato plano, un zapato de tacón fino, etc.

 

- Estimación de la presión del aire en el interior de los neumáticos de un coche, o bici y cómo se mide cotidianamente.

 

- Estimación de la masa y de la densidad del aire contenido dentro de un globo.

 

- Estimar la presión existente a distintas profundidades en el seno del mar y su efecto sobre el organismo humano, recopilando las opiniones y experiencias de alguna persona dedicada al buceo en torno a esta cuestión.

 

QUÍMICA

 

- Estimación de un mol de granitos de arena, arroz, .... (En volumen, masa, etc.)

 

- Identificación y formulación de diferentes elementos y compuestos químicos en productos habituales de la vida cotidiana (pasta de dientes, ....)

 

- Análisis comparativo de distintos tipos de aguas embotelladas.

 

7. Referencias

 

(I) EZQUERRA MARTINEZ, A. Y DIAz PÉREZ, M.: Física y Química útil en Preguntas Abiertas. 71 Encuentro Ibérico para la Enseñanza la Física. Servicio de Publicaciones de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria.